Botanica e Diversità Vegetale. AA canale O-Z

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1 Botanica e Diversità Vegetale AA canale O-Z

2 IL NUCLEO Nelle cellule degli Eucarioti si sono evoluti meccanismi perfezionati di sintesi proteica e di EQUA distribuzione del materiale genetico

3 cellula eucariote vegetale

4 Il nucleo di una cellula eucariote è circondato da una membrana doppia Involucro nucleare Pori nucleari (metafasici) NUCLEO

5 La membrana esterna dell involucro nucleare mostra continuità con quelle del reticolo endoplasmatico ruvido (RER)

6 I pori nucleari garantiscono la continuità tra nucleo e citoplasma. Sono strutture complesse, la cui funzione è il trasporto attivo delle molecole da e verso il citoplasma Immagini da: Botanica Generale e Diversità Vegetale, Pasqua-Abbate-Forni, Piccin

7 Cosa contiene il NUCLEO? PROTEINE: sono il componente principale (fino al 80% del peso secco) ACIDI NUCLEICI: rappresentano circa il 15%

8 Il NUCLEOLO E una regione del nucleo NON delimitata da membrana (di circa 4 micron di diametro) in cui sono sintetizzati ed accumulati gli RNA ribosomali

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10 Il DNA per svolgere le sue funzioni deve essere ACCESSIBILE in modo ORDINATO e SELETTIVO ai complessi macchinari molecolari che presiedono alla REPLICAZIONE ed alla TRASCRIZIONE

11 Acidi nucleici

12 DNA RNA

13 Le basi azotate degli acidi nucleici adenina uracile timina guanina citosina

14 DNA e RNA a confronto

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17 Nell organizzazione a catena di perle della cromatina il DNA degli Eucarioti è avvolto attorno agli istoni. Sono piccole proteine, ricche in amminoacidi basici (lisina, arginina) che formano legami di natura elettrostatica con il DNA (acido). nucleosoma Immagini da: Botanica Generale e Diversità Vegetale, Pasqua-Abbate-Forni, Piccin

18 L unità organizzativa della cromatina si chiama NUCLEOSOMA (8 proteine istoniche avvolte dal DNA) Il compattamento del DNA nei nucleosomi produce una fibra di cromatina di 10 nm di diametro...perchè questa complessa organizzazione? L organizzazione del DNA nella CROMATINA è in relazione con la necessità di COMPATTAMENTO di notevoli quantità di DNA nel nucleo La trascrizione dei GENI è preceduta da modificazioni strutturali della cromatina

19 Da questa forma meno condensata, la cromatina può ulteriormente condensarsi per azione di istoni linker che le conferiscono una struttura a solenoide (fibra da 30 nm). Inoltre, queste fibre possono essere ripiegate ulteriormente su sé stesse a formare fibre di cromatina più spesse, visibili nei nuclei delle cellule che si preparano alla mitosi (interruzione della trascrizione del DNA).

20 Il cromosoma ha la stessa struttura del DNA interfasico

21 La cromatina (DNA+proteine) non è uniformemente ripartita nel nucleo (altamente condensata) Solo l eucromatina viene trascritta nelle cellule in interfase

22 Dimensione del genoma dei vegetali Tuttavia un elevato contenuto di DNA NON corrisponde necessariamente ad un maggior numero di geni, che potrebbero indicare una maggiore complessità dell organismo. Solo una piccola parte viene trascritta in molecole funzionali di RNA. Immagine da: Botanica Generale e Diversità Vegetale, Pasqua-Abbate-Forni, Piccin

23 Piante in cui è stato sequenziato il genoma: Arabidopsis thaliana c.ca geni Oryza sativa c.ca geni Il 45% del genoma del riso è costituito da DNA non trascritto (sequenze regolative, DNA ripetitivo, introni...) Mentre nei procarioti la maggior parte del DNA codifica per RNA e proteine, negli eucarioti una buona parte non è codificante

24 L aumento della dimensione del genoma all interno della stessa specie può avvenire per poliploidia, fenomeno frequente negli organismi vegetali Immagini da: Botanica Generale e Diversità Vegetale, Pasqua-Abbate-Forni, Piccin

25 La poliploidia è frequente nelle piante n 2n 6n

26 EUCARIOTI mrna: si forma nel nucleo e migra nel citoplasma

27 Nei procarioti, dove non ci sono diversi compartimenti per la trascrizione e la traduzione, l mrna può iniziare ad essere tradotto prima che la trascrizione abbia termine

28 La trascrizione

29 Il codice genetico

30 La trascrizione degli eucarioti è operata da tre diverse RNA polimerasi RNA polimerasi I: sintesi dei grandi RNA ribosomali RNA polimerasi II: trascrive gli RNA messaggeri RNA polimerasi III: sintesi dei piccoli RNA ribosomali e degli RNA transfert

31 trna: l anticodone serve all interazione con il codone dell mrna

32 Ribosomi 80S negli eucarioti

33 Sintesi proteica

34 La maggior parte dei ribosomi sono associati al reticolo endoplasmatico ruvido

35 L informazione proteica può passare da una cellula all altra

36 EUCARIOTI Evoluzione dei meccanismi di EQUA distribuzione del materiale genetico, in modo tale che tutte le cellule somatiche dell organismo siano geneticamente identiche. Come si realizza? Attraverso la Mitosi Di cosa fa parte? Del CICLO CELLULARE

37 IL CICLO CELLULARE NELLA CELLULA VEGETALE

38 Immagine da: La biologia delle piante di Raven, RT Evert & SE Eichhorn, Zanichelli

39 Nelle piante ci sono popolazioni di cellule che mantengono attivo il ciclo cellulare per tutta la vita della pianta: i meristemi Regione apicale di una radice. La freccia indica la porzione meristematica. Immagine da:

40 Cellule in diverse fasi del ciclo cellulare

41 Cos è il CICLO CELLULARE? Il SUCCEDERSI DI INTERFASE, MITOSI E CITODIERESI

42 MITOSI o CARIOCINESI: divisione del nucleo in due nuclei figli equivalenti morfologicamente e geneticamente all originale e tra loro CITODIERESI o CITOCINESI: divisione del citoplasma della cellula madre che porta alla formazione di due cellule figlie, ciascuna contenente un nucleo INTERFASE: periodo che intercorre tra due mitosi successive. E un periodo di intensa attività cellulare. A sua volta si svolge in tre tempi: G1 (gap 1), S (sintesi), G2 (gap 2)

43 Di norma la cellula opera la maggior parte del suo normale metabolismo in fase G1 (fase di crescita del materiale citoplasmatico, di sintesi proteica)

44 Fase S: duplicazione del DNA Specifici complessi proteici controllano la transizione da una fase all altra

45 Fase S Replicazione semiconservativa del DNA

46 La mitosi (divisione nucleare o fase M del ciclo cellulare) è un processo continuo, distinto per convenzione in 4 fasi: PROFASE METAFASE ANAFASE TELOFASE caratterizzate da assetti cromosomici e citoscheletrici distinti

47 La metafase inizia con la comparsa del fuso mitotico L inizio della migrazione dei cromosomi segna l inizio dell anafase

48 Nelle cellule vegetali il fuso mitotico non è l unica impalcatura di microtubuli che compare durante la mitosi

49 13 protofilamenti allineati con la stessa polarità: + estremità a crescita rapida - estremità a crescita lenta Alfa e beta tubulina si associano in un dimero, detto tubulina, e i dimeri si aggregano a formare un microtubulo, cavo, di 24 nm di diametro. La sua depolimerizzazione in monomeri ne consente il riciclo.

50 L assemblaggio dei microtubuli avviene in specifici siti, noti come COMT (centri organizzatori di microtubuli), tra i quali la superficie del nucleo e le porzioni citoplasmatiche al di sotto della membrana plasmatica

51 La disposizione dei microtubuli nella cellula (animale o vegetale) può essere evidenziata mediante l uso di anticorpi antitubulina legati ad una sostanza fluorescente. E una disposizione altamente dinamica

52 Funzione dei microtubuli (componenti principali del citoscheletro) - Mitosi - Divisione cellulare - Deposizione della parete cellulare (cellulosa) - Secrezione - Movimento (ciglia e flagelli)

53 Microtubuli corticali Banda preprofasica Fuso mitotico Fragmoplasto

54 In una cellula che si prepara alla mitosi, al termine della fase G2, compare, livello dell equatore del futuro fuso mitotico, la BANDA PREPROFASICA, una fascia di centinaia di microtubuli paralleli, disposti ortogonalmente all asse del futuro fuso mitotico La banda preprofasica deriva dal disassemblaggio dei microtubuli corticali interfasici

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56 I microtubuli del fuso si organizzano utilizzando la tubulina derivante dal disassemblaggio della banda preprofasica La regione dove i cromosomi si dispongono allineati in metafase prende il nome di piastra metafasica o equatoriale

57 CROMOSOMA METAFASICO Alla fine della metafase il centromero di ciascun cromosoma si divide, per degradazione enzimatica, e i cromatidi, resi liberi, iniziano a muoversi separatamente segnando l inizio dell ANAFASE

58 I microtubuli presentano una polarità strutturale (estremità + ed estremità -) con velocità di assemblaggio diverse

59 Il disassemblaggio dei microtubuli cinetocorici (al polo -) e l intervento di proteine motrici, le DINEINE, cooperano alla migrazione dei cromosomi verso i poli

60 A differenza della cellula animale, nella cellula di una pianta in mitosi non si osservano né centrioli né aster. Il fuso mitotico viene organizzato a partire da regioni (dense ed amorfe al microscopio elettronico a trasmissione) poste ai poli fusali, definite COMT (centri di organizzazione dei microtubuli), non sempre ben definite. Le KINESINE sembrano coinvolte nell assemblaggio dei microtubuli del fuso.

61 Il fragmoplasto cresce in direzione centrifuga: nuovi microtubuli si formano ai suoi bordi esterni (contribuendo alla crescita centrifuga della piastra cellulare) mentre quelli centrali depolimerizzano

62 Funzioni del FRAGMOPLASTO: Convogliare sul piano equatoriale della cellula le vescicole golgiane deputate all organizzazione della PIASTRA CELLULARE che, quando raggiunge le pareti della cellula-madre, è detta LAMELLA MEDIANA

63 La citodieresi nelle piante coinvolge il fragmoplasto, assetto microtubulare assente nelle cellule animali

64 La lamella mediana è comune alle due cellule figlie Sui lati opposti della lamella mediana verrà depositata la PARETE PRIMARIA, propria di ognuna delle cellule figlie La lamella mediana è fatta di pectine e forma un gel adesivo tra le pareti di cellule adiacenti

65 Funzione dell apparato mitotico Produrre con la massima precisione ed il minimo dispendio di energie e materiali almeno due nuclei da quello originale, e di assicurare che ciascun nucleo contenga almeno una copia dell informazione genetica totale

66 Riassumendo DISPOSIZIONE DEI MICROTUBULI NEL CICLO CELLULARE

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69 NB: Nell immagine le proteine dei perossisomi sono legate ad una proteina fluorescente verde che ne consente l identificazione A microtubuli (in rosso) sono associati perossisomi (in verde)

70 I microfilamenti (actina F), con spessore 8-10 nm, consistono in due catene lineari di una proteina globulare (actina G) avvolte l una attorno all altra a spirale. Questi filamenti sono polarizzati, con un terminale di allungamento + e uno di demolizione - Anche i microfilamenti di actina sembrano contribuire all apparato mitotico

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73 PROTEINE MOTRICI Diversi tipi di proteine motrici intervengono nel trasporto di organuli, vescicole, cromosomi o macromolecole ( cargo ) all interno della cellula. - DINEINE, che si muovono lungo i microtubuli verso l estremità - KINESINE, che si muovono lungo i microtubuli solitamente verso l estremità + - MIOSINE che si muovono lungo i filamenti di actina Il loro scorrimento avviene grazie all energia fornita dall idrolisi dell ATP

74 E possibile aumentare sperimentalmente il numero dei cromosomi di una cellula in mitosi? SI Mediante la colchicina, un alcaloide naturale che, interferendo con la formazione del fuso mitotico, blocca la cellula in metafase. Conseguenza: raddoppiamento del numero di molecole di DNA rispetto alla cellula parentale.